可進行大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的5G標準

5G網(wǎng)絡已經(jīng)成為當前最重要的無線通信發(fā)展方向，而世界上首個非蜂窩5G技術DECT NR+在2020年獲得ETSI組織標準化，并隨后于2022年被采納為5G標準，最近受到業(yè)界的關注。DECT NR+標準可能是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（IoT）部署的重要關鍵。本文將為您介紹DECT NR+標準的發(fā)展與特性，以及由Nordic半導體所推出的相關解決方案。

采用非蜂窩技術的5G標準

在過去，DECT技術是數(shù)字增強無線通信（Digital Enhanced Cordless Telecommunications）的縮寫，主要用于無線電話系統(tǒng)。DECT NR+（或者技術上稱為DECT-2020 NR的標準）是有史以來第一個被納入ITU-R定義5G標準的非蜂窩技術。DECT-2020 NR標準是由ETSI組織開發(fā)，以滿足ITU-R對5G技術的要求（正式稱為IMT-2020要求）。

DECT NR+支持點對點、星形和mesh拓撲結構。值得注意的是，這里所說的mesh拓撲是一種不完全的mesh拓撲，稱為簇樹拓撲。這意味著設備會被分組成幾個獨立的樹，稱為簇。簇樹拓撲是一種包含分支的星形拓撲。所有簇連接起來形成mesh網(wǎng)絡，也就是前面所說的不完全的mesh，因為并非所有的節(jié)點都像在完全mesh拓撲中那樣相互連接。

DECT NR+節(jié)點的角色可以是匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點或葉子節(jié)點。匯聚節(jié)點是接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關，它選擇工作頻率，并發(fā)起信標幀傳輸，這表明它具有通往外部世界的路由。網(wǎng)絡可以有多個匯聚節(jié)點與外部連接，中繼節(jié)點通過將信息路由傳送到其他簇和自身簇中的葉子設備來擴展網(wǎng)絡。葉子節(jié)點是網(wǎng)絡的最外層節(jié)點，僅能發(fā)送數(shù)據(jù)。

在點對點和星形拓撲結構中，具有互聯(lián)網(wǎng)回程的節(jié)點被定義為匯聚節(jié)點，所有其他節(jié)點被定義為與匯聚節(jié)點相連的葉子節(jié)點。mesh拓撲結構的情況則更加復雜一些，該機制能夠根據(jù)網(wǎng)絡的需要自主地分配設備角色，支持網(wǎng)絡拓撲的“自組織”和“自修復”，并能解決高流量情況下的擁塞問題。每個設備都根據(jù)通往匯聚節(jié)點的可用路由來單獨決定下一跳，這意味著簇樹是自主形成的。

作為一項DECT技術，DECT NR+可以使用免許可的1.9 GHz DECT頻段，該頻段是全球范圍專用的，除了少數(shù)地區(qū)（中國、印度、日本）之外，DECT論壇正在努力擴大使用范圍。

DECT NR+能夠在DECT頻段上與經(jīng)典DECT共存。由于DECT NR+是為共存而制定的，因此也可以使用ISM頻段。事實上，該標準支持從450MHz到6GHz的多個許可和非許可頻段。

適用于智能城市大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的解決方案

5G標準為5G技術的服務定義了三個獨立用例，包括增強型移動寬帶（eMBB），與前幾代移動網(wǎng)絡相比，eMBB側重于提供更快的數(shù)據(jù)速率和更大的網(wǎng)絡容量。此外還有大規(guī)模機器類型通信（mMTC），mMTC旨在連接大量的低功耗設備和傳感器，側重于低功耗、高密度和可擴展性。另外還有超可靠低延遲通信（URLLC），URLLC旨在為需要實時響應和關鍵任務可靠性的關鍵通信和應用提供極低延遲和超高可靠性。

mMTC可以滿足連接大量低功耗設備和傳感器的需求，這與智慧城市、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)和醫(yī)療保健等多個領域相關。滿足ITU-R規(guī)定用例要求的技術必須支持數(shù)項特性，包括高密度（每平方公里100萬個設備）、長電池使用壽命與異步訪問。

另一方面，URLLC強調(diào)超低延遲和超高可靠性，用于數(shù)據(jù)必須即時傳輸并且不允許失敗的關鍵任務通信。URLLC用例使得低延遲系統(tǒng)首次能夠考慮采用無線操作，它提供了以前只有有線連接可以達到的低延遲和可靠性，應用范圍包括自主機器人、電力分配、運動控制等。

目前的單一物聯(lián)網(wǎng)技術幾乎沒有融合，因為“每種應用都沒有完美的標準”。例如，LTE-M和NB-IoT蜂窩物聯(lián)網(wǎng)旨在提供遠程LPWAN，減少延遲需求，但使用許可頻譜，從而造成數(shù)據(jù)成本，LoRaWAN則需要構建昂貴的基礎設施。由于缺乏量身定制的無線解決方案，導致像是智能路燈的設計變得復雜、繁瑣且昂貴，使得資金緊張的城市當局想要快速、輕松地大規(guī)模部署智能照明和其他智能城市應用，例如智能垃圾桶、微移動、公共交通、交付跟蹤等等低成本、無線M2M技術，并需要適用于數(shù)百萬至數(shù)十億終端設備規(guī)模，上述這些技術都難以完美的達到要求。

適用于智能城市的解決方案出現(xiàn)了，DECT NR+便相當適合大規(guī)模智慧城市物聯(lián)網(wǎng)應用。它是一個單一、安全且可靠的無線電標準，支持多供應商生態(tài)系統(tǒng)，面向未來且可擴展。此外，由于DECT NR+使用免許可無線電頻譜分配，因此不會產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)費用，使其運行成本比獲得許可的同類產(chǎn)品更便宜。DECT NR+有望實現(xiàn)5G無線的普及化，允許大規(guī)模設備部署，并具有蜂窩的所有優(yōu)勢，但在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模上成本要低得多。

支持DECT NR+的高度集成解決方案

近期，Nordic拓展其無線產(chǎn)品組合，推出了用于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+設施的全新SiP產(chǎn)品。這一全新端至端蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案nRF91系列SiP包括三款nRF91系列SiP（其中有兩個新器件nRF9161和nRF9131）、評測和開發(fā)工具、開發(fā)軟件、nRFCloud服務和技術支持。Nordic致力于為物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供完備的設計和部署解決方案。Nordic提供的設計、支持和芯片組、模塊、軟件和服務，帶來了易用性、穩(wěn)定性和成本效率，這是首次由一家企業(yè)提供全方面的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

nRF91系列使用Arm Cortex-M33作為專用應用處理器，用戶可實現(xiàn)完全編程。它有1MB閃存、256kB RAM和多種外設。除了LTE連接和定位功能，該系列還支持廣泛的應用，并為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+（僅限nRF9161和nRF9131）領域提供真正邊緣計算的可能性。Nordic還提供了開源的nRF Connect SDK（軟件開發(fā)套件），用戶可以使用該套件在專用的應用處理器上開發(fā)他們定制的應用程序。但請注意，nRF9131 mini SiP并未集成PMIC、無源器件和晶體。

nRF91系列是全面集成的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案，支持LTE-M與NB-IoT應用，其能效創(chuàng)新對LTE-M和NB-IoT的節(jié)電能力做出了重大貢獻，即eDRX（擴展間斷接收）和PSM（節(jié)電模式）。eDRX和PSM協(xié)調(diào)工作，使電池續(xù)航數(shù)月和數(shù)年成為可能。nRF91系列并支持服務質(zhì)量（QoS），可以支配和保證這些頻段內(nèi)通信的性能和可靠性，并可以最大限度地減少由于設備之間的干擾而造成的電量浪費。

nRF91系列擁有高部署密度和大覆蓋范圍，這意味著可以真正大規(guī)模、高密度的部署。nRF9160并采取重要的附加安全措施，進一步增強設備的安全性，包括Arm TrustZone和Arm CryptoCell以進行安全、可信的執(zhí)行和密鑰生成及存儲，提供最佳安全性。

采用系統(tǒng)級封裝的高度集成

DECT NR+解決方案

Nordic推出的nRF9161系統(tǒng)級封裝（SiP）是專為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+應用而設計，開創(chuàng)了高度集成SiP解決方案的全新標準。nRF9161充分利用低功耗LTE技術、先進的處理能力和強大的安全特性，提供了出色的高性能和多功能。與前身產(chǎn)品（nRF9160）相比，它具有多項增強功能，包括支持DECT NR+和3GPP版本14 LTE-M/NB-IoT。

nRF9161具有多項增強特性，包括支持DECT NR+和3GPP版本14 LTE-M/NB-IoT LTE協(xié)議棧，具有全球范圍連接和高功效的特性，nRF9161的集成調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)了沒有地域限制的全球范圍連接，并包含了全新的獨特調(diào)制解調(diào)器功能，進一步提高了節(jié)能性和易用性。為了全面釋放DECT NR+潛力，利用nRF9161的DECT NR+協(xié)議棧支持功能，實現(xiàn)了、安全、長距離、可擴展的大規(guī)模mesh應用。

Nordic另一款nRF9131 Mini SiP是一個完美適配DECT NR+應用的強大解決方案。同時，它利用與nRF9161相同的LTE堆棧支持蜂窩通信運作。nRF9131將簡化基于芯片組的傳統(tǒng)設計，因而成為大批量蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應用的理想選擇。與nRF9161 SiP相比，nRF9131的集成度較低，具有較低的物料清單（BOM）成本。然而，需要注意的是，蜂窩終端產(chǎn)品認證的非經(jīng)常性支出（NRE）將根據(jù)所需的地理覆蓋范圍增加。因此，nRF9131 Mini SiP十分適合全球NR+應用以及針對特定地區(qū)的大批量蜂窩產(chǎn)品。

nRF9131完美適合DECT NR+應用，nRF9131在DECT NR+應用中表現(xiàn)出色，提供卓越的性能和功能，其具有較小的尺寸和靈活的采購來源，體積比nRF9161更小，可配合具有其他特性的PMIC。此外，nRF9131的固件的功能與nRF9161完全兼容，可以在兩個SiP之間簡便轉(zhuǎn)換。Nordic還提供參考設計，nRF9131可與Nordic的nPM6000 PMIC結合使用，功耗與nRF9161類似。

結語

DECT NR+有望為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)跟蹤、智慧城市和智慧能源等市場的大規(guī)模M2M應用提供大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)接入，而且每個節(jié)點的成本都很低，并且基于強大、高效的自組織網(wǎng)絡，市場發(fā)展?jié)摿O為可觀。Nordic有著早期采用關鍵無線技術以實現(xiàn)快速商業(yè)化的歷史，是首批將DECT NR+商業(yè)解決方案推向市場的公司之一。Nordic的nRF91系列能夠協(xié)助客戶支持DECT NR+應用的快速開發(fā)，值得您深入進一步了解。

編輯：黃飛

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